电缆制造工艺对硅烷交联聚乙烯热延伸的影响

2012-06-26陈文博

电线电缆 2012年1期

关键词：硅烷聚乙烯绝缘

陈文博，张勇，林磊，张新

(江苏亨通电力电缆有限公司，江苏吴江215234)

0 引言

交联聚乙烯(XLPE)因具有优良的物理机械性能、电性能及方便可靠的加工性能已被众多的电缆厂商所青睐。

众所周知，聚乙烯(PE)具有优良的物理和化学性能，且易于加工。但它熔点较低，耐热变形性差，制品的机械强度欠佳，为了提高PE的使用性能，国内外学者研究了不同的改性方法，交联是其中的一种。

目前，交联的方法主要有硅烷交联、过氧化物交联及辐照交联。过氧化物交联主要用于中高压电缆的生产，辐照交联主要用于绝缘较薄的细线生产，而硅烷交联主要用于低压电缆的生产。

硅烷XLPE在挤出过程中会有很多因素制约其成品性能，特别是反映交联程度的热延伸这一指标，经常出现不合格甚至样品刚刚放进老化箱就被拉断的情况。因此就需了解其交联机理，严格中间过程控制以保证最终成品的性能。

1 硅烷交联的工艺原理

硅烷交联也称温水交联，1960年由英国道康宁公司开发，也称为Sioplas E法。硅烷交联工艺可分为一步法和二步法，目前使用较广的是二步法和固相一步法硅烷交联工艺。

硅烷交联可分为两个过程，第一个过程是利用DCP分解成游离基并作引发剂把不饱和硅烷分子和聚乙烯分子接枝，产生活性硅烷基形成了俗称的A料;第二个过程是将A料与俗称为B料的催化剂在一定的温度下进行水解反应，形成网状XLPE分子结构。

2 影响热延伸指标的因素

硅烷XLPE的热延伸指标是反映交联度的一个重要参考值，往往也是人们最为关注的，影响热延伸的几个主要因素为:

(1)基础树脂的影响。不同的树脂往往由于大分子内部结构的差异，对其交联程度会有很大影响，一般多用熔体指数(MI)为2的低密度聚乙烯(LDPE)树脂。

(2)引发剂用量的影响。常用的引发剂过氧化二异丙苯(DCP)的用量是个关键问题，过少导致硅烷接枝不够，过多则会引起过度交联，从而使流动性降低，挤出绝缘表面粗糙，挤出困难。

(3)硅烷用量的影响。硅烷一般采用乙烯基不饱和硅烷，因硅烷大多进口，各大材料厂商用量都力图做到其下限以降低成本。

(4)挤出温度及色母料的影响。硅烷XLPE的挤出温度应在一定范围内，较低的温度会导致热延伸的不合格，这与其A、B料的混合程度及塑化程度有关;色母料的配比一样会影响热延伸指标，主要是其中的有机颜料和分散剂对其交联过程有一定抑制作用。

本文主要分析挤出温度和色母料配比对热延伸指标的影响。

3 验证试验

3.1 主要设备与材料

65挤塑机组，泰州市金联立电工机械有限公司; 90挤塑机组(SJ-90)，无锡南方电工机械有限公司;老化箱(XG-CN2)，南通宏大实验仪器有限公司;冲片机(KY-4025)，江都市开源试验机械厂;切片机(SQ-300)，江都市开源试验机械厂;蒸汽交联发生装置，蒸汽交联房;硅烷自然XLPE绝缘料大线料(CAX-9100)，上海凯波;硅烷自然XLPE绝缘料小线料(CAX-9100H)，上海凯波;PE色母料(5080)，鼎彩。

3.2 试验结果与讨论

(1)挤出温度对热延伸的影响

型号:CJV92/SC;规格:16 mm2、25 mm2、70 mm2;材料:硅烷自然XLPE大线料CAX-9100，PE色母料(5080);颜色:红、黄、蓝。

表1为不同挤出温度下试样的热延伸性能，从表1中可以看到，在较低挤出温度下，所有样品的热延伸指标都不合格;而在中温挤出温度下，16 mm2蓝色在读数时断裂，70 mm2红色在8 min时断裂，其余合格，整体水平较低温下有了很大改善;高温挤出条件下，所有样品全部合格。

表1 挤出温度对热延伸的影响

挤出温度对硅烷XLPE绝缘的热延伸有较大影响，尤其是均化段和压缩段的温度。这不难从交联机理上看出，在较低挤出温度下，有机锡催化剂(B料)与接枝母料(A料)塑化不充分，两者未能充分混合，处于半塑化状态，这样，有机锡催化剂的化学键未能打开，使得在交联过程中，B料没有起到足够的催化效果，导致最终脱水缩合时产生的交联键较少，甚至无交联键产生，这样空间结构交联键密度低，交联不足，最终被拉断。

(2)色母料对热延伸的影响

绝缘线芯:2.5 mm2;材料:硅烷自然XLPE小线料CAX-9100H，PE色母料(5080);颜色:黄、黑。

表2为在相同截面、挤出温度和蒸汽交联时间下，采用不同的色母料配比试验其对热延伸的影响。从表2中可以看到，色母料配比对硅烷XLPE的热延伸有一定影响，大部分材料厂家推荐的配比为1‰～3%‰，我们从1‰到10‰都进行了验证，色母料比例从1‰到5‰实验结果均合格且基本一致，当色母料配比为10‰时，出现热延伸不合格。

表2 色母料对热延伸的影响

众所周知，色母料的主要成分为颜料、载体、分散剂，现从这三种主要成分分析色母料对硅烷XLPE热延伸的影响。

颜料一般分为有机颜料和无机颜料，有机颜料如酞菁红、酞菁蓝、酞菁绿、大分子红、大分子黄等，无机颜料如镉红、镉黄、钛白粉、炭黑等，这些成分的存在会对硅烷XLPE的交联过程起到一定的抑制作用，一定程度上降低交联度，从而影响产品的热延伸指标，这也是业内所说“硅烷交联绝缘的产品颜色太深交联度往往不好”这句话的原因所在。

载体即为色母料的基体，通常以与制品树脂相同的树脂为载体，两者相容性最好，一般情况只要选择专用色母料对其成品性能影响较小。

分散剂即为促使颜料充分分散并且不再凝聚的高分子化合物，通常为PE低分子蜡等。往往由于生产厂家所采用的分散剂质量不好造成扩散互溶不良，影响制品的物理机械性能。

通过以上试验及分析，可以总结以下结论:色母料配比对硅烷XLPE的热延伸的确有影响，但在实际生产过程中，色母料配比如控制在一定的范围内(5‰以内)，其影响效果不是很大，但达到10‰时，出现了热延伸不合格。